Jednostupanjsko pojačalo na bazi bipolarnog tranzistora. "Jednostupanjsko niskofrekventno pojačalo"

Stranica 1 od 2

Princip rada tranzistorsko pojačalo temelji se na činjenici da se uz pomoć malih promjena napona ili struje u ulaznom krugu tranzistora mogu dobiti mnogo veće promjene napona ili struje u njegovom izlaznom krugu.
Promjena napona emiterskog spoja uzrokuje promjenu struja tranzistora. Ovo svojstvo tranzistora koristi se za pojačavanje električnih signala.
Za pretvaranje promjena u struji kolektora koje se javljaju pod utjecajem ulaznih signala u promjenjivi napon, opterećenje je spojeno na kolektorski krug tranzistora. Opterećenje je najčešće otpornik ili titrajni krug. Osim toga, kada pojačavate izmjenične električne signale između baze i emitera tranzistora, morate uključiti izvor Istosmjerni napon, obično nazvan prednaponski izvor, uz pomoć kojeg se postavlja način rada tranzistora. Ovaj način karakterizira protok kroz njegove elektrode u nedostatku ulaza električni signal neke istosmjerne struje emitera, kolektora i baze. Upotrebom dodatnog izvora povećava se veličina cijelog uređaja, njegova težina, dizajn postaje kompliciraniji, a dva izvora koštaju više od jednog. U isto vrijeme, možete proći s jednim izvorom koji se koristi za napajanje kolektorskog kruga tranzistora. Jedan takav sklop pojačala prikazan je na slici.

U ovom krugu, opterećenje pojačala je otpornik R K, a pomoću otpornika R b postavlja se potrebna struja baze tranzistora. Ako se postavi način rada tranzistora (često se kaže da je postavljena radna točka na karakteristikama tranzistora), postaju poznati bazna struja i napon U BE, a otpor otpornika R b, koji to osigurava struja, može se odrediti formulom:
R b = (G K -U BE)/I B.
Budući da U BE obično nije veći od 0,2 ... 0,3 V za germanijeve tranzistore i 0,6 ... 0,8 V za silicijeve, a napon G K se mjeri u jedinicama ili čak desecima volti, tada U BE<i možete napisati:
R b ≈G K /I B.
Iz izraza proizlazi da će, bez obzira na vrstu tranzistora VT, njegova bazna struja biti konstantna: I B = G K / R b. Stoga je ova shema nazvana sklopovi zajedničkog emitera (CE). i struju fiksne baze.
Način rada tranzistora u stupnju pojačala pri konstantnim strujama i naponima njegovih elektroda naziva se početni ili način mirovanja.
Uključivanje opterećenja u kolektorski krug tranzistora rezultira padom napona na otporu opterećenja jednakim umnošku I K R K .
Kao rezultat toga, napon koji djeluje između kolektora i emitera Uke tranzistora je manji od napona G K izvora napajanja za količinu pada napona na otporu opterećenja, tj.
U KE =G K -I K R K .
Ako se ova ovisnost grafički prikaže na obitelji statičkih izlaznih karakteristika tranzistora, tada će izgledati kao ravna linija. Za njegovu konstrukciju dovoljno je odrediti samo dvije točke koje mu pripadaju (jer se kroz dvije točke može povući samo jedna ravna crta). Svaka točka mora biti specificirana s dvije koordinate: I K i U CE.
Zadavanjem određene vrijednosti jedne od koordinata, druga koordinata se određuje rješavanjem jednadžbe U KE = G K -I K R K . Pravac konstruiran u skladu s jednadžbom o skupini statičkih izlaznih karakteristika tranzistora naziva se pravac opterećenja.
Linija opterećenja prikazana na slici (a) konstruirana je za slučaj kada je G K = 10 V i R K = 200 Ohm.

1. točka: =0;U KE =G K -0R K =G K =10 V;
2. točka: I K =30 mA; U KE =10—30-10^3-200=10—6=4 V.

Ako je u početnom načinu (način mirovanja) bazna struja 2 mA, ovaj način će biti određen točkom A koja leži na liniji opterećenja u točki gdje se ona siječe sa statičkom izlaznom karakteristikom dobivenom pri I BO = 2 mA. U ovom slučaju, I KO = 20 mA; U BEO =5,8 V. Premjestimo li točku A na familiju ulaznih karakteristika (Sl., b), možemo pronaći U BEO. Jednak je 0,25 V.
Kada se na ulaz pojačala dovede izmjenični napon amplitude 50 mV (0,05 V), na naponskoj osi ulaznih karakteristika u odnosu na napon U BEO = 0,25 V, segmenti koji odgovaraju naponu od 0,05 V su položeni s obje strane, a okomice se vraćaju s njihovih krajeva na U os BE sve dok se ne siječe sa statičkom karakteristikom, na kojoj se nalazi točka A, koja označava način mirovanja pojačala. Na mjestima sjecišta okomica s karakteristikom postavljena su slova B i C. Dakle, kada se na ulaz dovodi izmjenični napon, način rada više neće biti određen točkom A, već njegovim pomicanjima između točaka B. i C. U ovom slučaju struja baze varira od 1 do 3 mA. Drugim riječima, izmjenični napon na ulazu pojačala dovodi do pojave izmjenične komponente u njegovoj ulaznoj struji - bazne struje. U ovom primjeru amplituda izmjenične komponente bazne struje, kao što se vidi sa slike, iznosi 1 mA.
Točke B i C mogu se prenijeti na familiju izlaznih karakteristika. Oni će se nalaziti na sjecištu karakteristike opterećenja sa statičkim dobivenim pri baznim strujama jednakim 1 i 3 mA. Iz ove slike je jasno da se u režimu opterećenja pojavila izmjenična komponenta napona kolektora. Inače, napon kolektora više ne ostaje konstantan, već se mijenja sinkrono
s promjenama ulaznog napona. Štoviše, promjena napona kolektora ΔU BE =7,5-4,3=3,2V ispada da je 32 puta veća od promjene ulaznog napona ΔU BE =0,3-0,2=0,1V; tj. ulazni napon je pojačan 32 puta.
Budući da je napon izvora napajanja G K konstantan, promjena napona kolektora jednaka je promjeni napona na otporniku opterećenja kolektora, tj. ΔU KE = ΔI K R K. Iz ovog izraza jasno je da što je otpor veći od otpornik R K, to se napon na njemu više mijenja i dobitak će biti veći. Međutim, moguće je povećati otpor otpornika R K samo do određene granice, prekoračenje koje čak može dovesti do smanjenja pojačanja i pojave velikih izobličenja pojačanog signala.
U pojačalu, čiji je krug prikazan na gornjoj slici, način rada tranzistora određen je baznom strujom, koju postavlja otpornik R b. Način rada tranzistora također se može postaviti primjenom napona s razdjelnika R1R2 na njegov emiterski spoj.

Struja razdjelnika I D koja teče kroz otpornike R1 i R2 uzrokuje pad napona na otporu otpornika R2, koji se primjenjuje na emiterski spoj tranzistora i prednaponi ga u smjeru prema naprijed. Ovaj napon je određen uglavnom omjerom otpora otpornika R1, R2 i struje I D koja teče kroz njih i gotovo je neovisan o vrsti tranzistora. Stoga se takav sklop ponekad naziva i krug s fiksnom prednapregnutošću.

Prethodna stranica – Sljedeća stranica

U tranzistorskom krugu sa zajedničkim emiterom, pojačalo daje pojačanje napona, struje i snage. Takvo pojačalo ima prosječne vrijednosti ulaznog i izlaznog otpora u usporedbi s sklopnim krugovima sa zajedničkom bazom i zajedničkim kolektorom.

U stanju mirovanja, tj. u nedostatku ulaznog signala (U ulaz = 0), istosmjerna struja I BO pod utjecajem E K prolazi kroz krug + E K – E- B- R B - - E K. Veličina te struje odabirom vrijednosti ​​od R B postavljen je tako da je tranzistor poluotvoren, tj. napon na njemu bio bi približno pola E K. Zauzvrat, s velikom baznom strujom, tranzistor se potpuno otvara, t.j. njegov otpor između emitera i kolektora je vrlo malen, napon U EC je gotovo nula, a kod I B = 0 tranzistor je potpuno zatvoren, t j . Otpor je visok i praktički ne propušta struju I K.

Kondenzator C p1 služi za spajanje izvora promjenjivog ulaznog EMF E in, s unutarnjim otporom R in, na krug baze. Sprežni kondenzator C p2 služi za odvajanje izmjenične komponente napona kolektora na trošilu Rn.

18. Određivanje početnih uvjeta koji osiguravaju navedeni režim rada pojačala s OE

Razmotrimo RC pojačalo u kojem je tranzistor spojen na krug sa zajedničkim emiterom i koristi se stabilizacija emitera početnog načina rada.

Struje u krugu nalaze se pomoću formula:

Pretpostavimo da je i B = i B2, tada je:

Pretpostavimo da je napon napajanja Ek zadan i potrebno je osigurati početni način rada pri zadanoj početnoj struji I K N.

Uzimajući u obzir da i E » i K:

Odabrana je struja i podjela djelitelja napona na otpornicima R 1 i R 2 koja teče kada je baza tranzistora odvojena od djelitelja.

Važan parametar je pojačanje napona pojačala, koje se nalazi pomoću formule:

19. Operacijska pojačala (op-amps): područja primjene, konvencionalni grafički prikaz, blok dijagram. Namjena elemenata blok dijagrama

Stupnjevi pojačala mogu se konstruirati prema tri sklopa za spajanje tranzistora OE, OK i OB. Najčešći sklop stupnja OE pojačala na tranzistoru p-p-p tip je prikazan na sl. 6, A.

izmjenični napon Ušao si, određen izvorom ulaznog signala s efektivnom EMF vrijednošću E i i unutarnji otpor R a dovodi se na ulaz pojačala preko izolacijskog kondenzatora C p1.Pojačani izmjenični napon generiran na kolektoru tranzistora dovodi se do opterećenja R n kroz izolacijski kondenzator C p2. Kondenzator C p1 sprječava prijenos komponente konstantnog napona ulaznog signala na ulaz pojačala, što može uzrokovati kršenje načina rada tranzistora. Kondenzator C p2 odvaja izlazni kolektorski krug od vanjskog opterećenja R n prema konstantnoj komponenti kolektorske struje ja ok. U području radnih frekvencija (za pojačani signal), otpor izolacijskih kondenzatora C p1 I C p2 vrlo malen i zapušten.

DC mod se postavlja pomoću otpornika R 1 I R2. Na temelju poznatih vrijednosti E k I R K ravna crta opterećenja izgrađena je na obitelji statičkih karakteristika tranzistora. Radna točka na liniji opterećenja postavljena je početnom osnovnom strujom I rev, koji je određen prednapon između baze i emitera, koji se napaja iz zajedničkog izvora struje E k od razdjelnika R 1 R 2,

Kako bi se poboljšala temperaturna stabilnost pojačala, koristi se negativna istosmjerna povratna veza preko otpornika R e. Povećanje struje ja b s porastom temperature dovodi do porasta struje Ie i pada napona na otporniku R e. U tom slučaju, napon na emiteru postaje pozitivniji u odnosu na bazni napon i emiterski spoj je prednapon u suprotnom smjeru. To uzrokuje smanjenje struje baze ja b, uslijed čega se struja vraća na prvobitnu vrijednost. Za uklanjanje negativne AC povratne veze (za pojačani AC ulazni signal), otpornik R e premošten kondenzatorom uh,čiji bi otpor na frekvenciji signala trebao biti zanemariv.

Stupanj za pojačanje OE, zajedno s pojačanjem ulaznog sinusoidnog signala, okreće svoju fazu za 180°C, tj. ulazni i izlazni napon pojačala su u protufazi.